Atomová baterka s životností stovek let

K čemu jsou vlastně radioizotopové baterie vhodné? Tento typ baterií má jisté specifické vlastnosti, které je předurčují k použití ve speciálních aplikacích. Mobilní telefon či fotoaparát vám tedy napájet nebudou, jsou zato velmi vhodné pro kardiostimulátory a jiné proudově nenáročné aplikace, kde je výhodou dlouhá životnost přístroje i jeho zdroje energie. S moderními radioizotopovými články na bázi niklu bychom se ale v budoucnu mohli setkat i u vesmírných sond, řídicích procesorů či různých senzorů.
Pro produkci elektřiny v niklové radioizotopové baterii je používána samovolná přeměna jader niklu 63, při níž jsou vystřelovány elektrony. Ty procházejí polovodičem a ionizací v něm vybudí napětí a proud. Použití elektronů (beta částic) dává těmto článkům název betavoltaické.

Bezpečné i pro implantáty
Pracujeme tak vlastně s ionizujícím zářením, takže vyvstává otázka, jak je možné tyto zdroje implantovat do těla pacienta, aby napájely kardiostimulátor. Předností niklu 63, tritia a dalších vhodných radioizotopů je to, že vznikající beta záření má nízkou energii, takže je zachyceno uvnitř baterie či v jejím obalu. Prvními z radioizotopových baterií používaných k tomuto účelu se v 70. letech v USA staly promethiové články. Promethium jako zdroj elektronů však má nevýhodu, že generuje beta záření o vyšší energii než tritium a nikl, takže je náročnější jej odstínit. Tyto články také nebyly příliš levné, takže s rozvojem lithium-iontových článků od nich bylo ustoupeno.
Zmíněné tritium a nikl představují obnovení zájmu o radioizotopové baterie, protože oproti lithium-iontovým bateriím poskytují řadu výhod. Jde především o to, že to jsou čistě beta zářiče, takže nevzniká gama záření, které by bylo nutné speciálně odstiňovat. Baterie je tak bezpečná pro lidskou tkáň i pro životní prostředí, a to během provozu i po jeho skončení.
Radioizotopové baterie jsou logickou odpovědí na vývoj technologie. Zatímco lidstvo pokročilo natolik, že je schopno vyrábět skutečně miniaturní elektroniku (dnes existuje dokonce i nanoelektronika), baterie zůstávají relativně velké. Právě pro napájení takové elektroniky jsou vhodné baterie s velmi koncentrovanou energií - niklový článek může mít rozměry např. jen 1 x 20 x 0,06 mm.
Výhodou radioizotopových zdrojů energie všeobecně je velký rozsah teplot, při nichž jsou schopny pracovat. Radioizotopové termoelektrické zdroje jsou běžnou součástí výbavy vesmírných sond, které míří daleko od naší planety. Neobešly by se bez nich sondy Voyager 1 a 2, které byly nejslavnějšími průzkumníky Jupitera, a podobně ani lidská posádka, která přistála na Měsíci. Radioizotopové baterie jsou tedy vhodné i pro napájení senzorů nejen vesmírných sond, ale i dalších senzorů, které mají pracovat ve velmi nízkých teplotách na Zemi. Na rozdíl od nich totiž z klasických chemických baterií i při malém poklesu teploty oproti pokojové odebereme o několik desítek procent menší množství energie. Při větší změně teploty potom nejsou schopny dodat téměř žádný proud.

Nukleární baterie z Ruska
Výhoda niklové radioizotopové baterie oproti současným tritiovým je zřejmá z poločasu rozpadu obou látek. V případě tritia (izotop vodíku se třemi protony) dojde k rozpadu poloviny původního množství jader za 12 let, kdežto nikl 63 má poločas rozpadu 100 let. Niklové baterie tedy mají několikanásobně vyšší životnost než tritiové baterky.
Další přednost se týká výrobního postupu. Nikl je totiž kov, který je velmi snadné zafixovat na polovodičovém nositeli. Tritium je plynné a zafixovat jej na pevném nositeli je technologicky náročné, což znesnadňuje výrobu těchto baterií.
Po celém světě je vyvíjena řada typů radioizotopových baterií, které se liší složením či výrobním postupem. Vědci z Gorno-chimičeského kombinatu (patří do ruské korporace pro atomovou energii Rosatom) při svých pokusech testují variantu niklové baterie, která by měla mít podle očekávání vyšší účinnost výroby elektřiny než analogické baterie z jiných koutů světa. Díky tomu bude mít při stejných rozměrech vyšší výkon a půjde o jakousi novou generaci nukleárních baterií.
V současnosti probíhá v železnogorském výzkumném ústavu výroba a zpracování niklu 63 a první prototyp nové baterie je očekáván v roce 2017. Nikl 63 se v přírodě nevyskytuje a jeho výroba probíhá na speciálních jaderných reaktorech – např. Rosatom v Rusku provozuje 63 výzkumných reaktorů, z nichž jsou jen tři vhodné pro produkci niklu 63. Výroba tohoto izotopu je i finančně dosti náročná - jeden gram stojí zhruba 4000 dolarů (téměř 100 000 Kč) a výroba prototypu je odhadována na 4,5 mil. rublů (přibližně 1,6 mil. Kč).
Pokud by ale byla zahájena sériová výroba, tato částka by se samozřejmě výrazně snížila. Jisté je, že již dnes je ve světě po takto kompaktní a efektivní baterii poptávka, a to nejen v lékařství – např. vynesení každého kilogramu na oběžnou dráhu stojí desítky tisíc dolarů, takže vesmírné sondy potřebují co nejúčinnější a nejkompaktnější zdroje energie.